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1、第十一章 集成电路测试,11.1 概述 11.2 数字集成电路测试技术 11.3 模拟集成电路测试技术 11.4 混合集成电路测试,1,11.1 概述,11.1.1集成电路测试的意义 集成电路由于集成度高、功能强、体积小、成本低等优点，可简化电子电路的设计、装配、调试和维修，提高了电子设备的工作效率和可靠性，使电子产品的小型化、微型化和低价格成为可能。 集成电路测试技术是验证设计、监控生产、保证质量、分析失效以及指导应用的重要技术支撑，是所有这些工作的技术基础。,2,11.1.2 集成电路测试的基本原理,集成电路测试是给集成电路输入激励信号，检查集成电路的输出响应，并和预期输出比较，以确定或评
2、估集成电路元器件功能和性能的过程。,3,集成电路测试的基本模型,11.1.3 集成电路测试的分类,1. 按测试器件的类型分类,4,5,11.1.3 集成电路测试的分类,（1）参数测试,器件参数测试包括直流DC（电压、电流）测试、交流AC（时延、频响）测试、IDDQ测试、三态测试等。,（2）结构性测试,结构性测试是从芯片内部的逻辑结构出发，根据故障发生的原因，分成不同的故障模型，然后针对这些特定的故障生成测试码，并通过故障模型计算每个测试码的故障覆盖范围，直到所考虑的故障都被覆盖为止。,2. 按测试内容分类：,6,11.1.3 集成电路测试的分类,（3）功能测试,功能测试法又称为功能验证，是指不
3、检测集成电路内部每个门、每条信号线的故障，只验证总体功能，因而比较容易实现。 它的优点是无需知道被测电路的具体实现，而只需知道它的状态转换关系。 它特别适用于在电路结构不清楚，或电路太复杂，故障的模式不甚清楚的场合。,7,11.1.3 集成电路测试的分类,（2）生产测试,3、按照测试目的分类 （1）验证测试,验证IC功能的正确性，这类测试是在器件进入量产阶段之前进行的，其目的是验证这个设计是否正确，是否满足了规范中所有的要求。,IC的生产测试，包括晶片（Wefer）测试（即中间测试）和封装芯片测试（即成品测试和老化测试）。对产品进行筛选和分级测试，针对制造过程中产生的故障，生产出来的每一片IC
4、芯片都要接受生产测试。,8,11.1.3 集成电路测试的分类,（3）验收测试,（4）使用测试,系统制造商在进行系统集成之前，需要对所购买的电路器件进行入厂测试。这一类测试最主要的目的是避免在系统组装的时候使用有缺陷的器件，那种情况一旦出现，其诊断费用远高于入厂测试的费用。,使用测试是在器件使用期间进行的测试，包括对器件进行各类可靠性试验后的评价测试，系统使用过程出现故障进行故障芯片检测和定位所进行的测试等。,9,11.1.3 集成电路测试的分类,4.集成电路寿命全过程中的分类测试,集成电路寿命全过程中各类测试框图,10,11.1.3 集成电路测试的分类,集成电路测试按生产过程的先后可分为：集成
5、电路设计时的验证测试；芯片制造过程的工艺监控测试；芯片电路的性能参数测试，以及作为芯片制造质量监控、设计模型参数提取和内建可靠性的微电子结构的测试；直流参数（DC）、交流参数（AC）、极限参数和电路功能的测试；IC可靠性保证测试；集成电路应用时的用户测试等。,11,11.1.4 集成电路测试系统,1. 集成电路测试系统的基本组成,集成电路测试系统的组成原理是，计算机通过数字总线接口与诸多的激励源单元和测试单元相连接，并按测试需求通过激励源单元和测试单元与被测集成电路相接，在计算机的控制下实施测试。,12,11.1.4 集成电路测试系统,自动测试系统的基本组成框图,13,11.1.4 集成电路测
6、试系统,2. 集成电路测试系统分类：,目前集成电路测试系统主要是按不同测试对象分类的，主要分为数字集成电路测试系统、模拟集成电路测试系统和数模混合信号集成电路测试系统。如果该集成电路的输入引脚、输出引脚、控制引脚和其他引出引脚均为数字信号引脚，则称该集成电路为数字集成电路，如果该集成电路的全部引脚均为模拟信号引脚，即该引脚信号的幅度或数值上具有连续变化的特征时，该电路即称为模拟集成电路。,14,11.1.4 集成电路测试系统,3. 通用集成电路测试系统的组成结构,通用测试系统内部结构,15,11.1.4 集成电路测试系统,3. 通用集成电路测试系统的组成结构,测试系统包括硬件和软件两大部分，硬
7、件由电路和机械两部分组成，它们由主控制计算机及其外围设备、电源、测量仪器、信号发生器、图形（pattern）生成器和其他硬件模块的集合体等组成。,（1）系统硬件,1）主控计算机及总线控制器,系统主控计算机由标准配置的计算机或工作站构成，是作为整个测试系统的控制中心。,16,11.1.4 集成电路测试系统,总线控制器完成主控计算机与测试系统之间的通信和控制，完成测试系统内部所有资源模块与主控计算机之间的通信和模块之间的信息传递。,）数字参数测量部分,精密测量单元（PMU）模块，用于模拟、数字集成电路管脚参数的电压、电流的施加和测量模块，它是集成电路直流参数测试不可缺少的专用模块。,数字测试模块，
8、主要用于数字集成电路的功能测试，它包括DUT的测试信号波形产生（图形发生器）和DUT输出响应检测两部分组成，它是数字集成电路测试的核心模块。,17,11.1.4 集成电路测试系统,通用测试系统内部结构,时间测量单元（TMU）用于器件交流参数的时域测量，对输出信号进行时间测量和分析，如周期、脉宽、上升/下降时间，传输延时、频率等。,器件程控电源（DPS）模块，为被测集成电路的电源管脚提供可编程控的电源。,）模拟参数测量部分,运放测试环模块，用于集成运放参数测量的模块。,DC源模块系列（通用DC源、高压DC源），DC测量仪模块（DVM）。,18,11.1.4 集成电路测试系统,通用测试系统内部结构
9、,AC源模块系列（各式信号发生器，脉冲高压大电流源）、AC测量仪模块（峰值、有效值测量），用于器件交流参数的频域测量，如频率特性，截止频率等。,其他单元，射频测量仪器（网络分析仪、矢量电压表、选频电压表等），用于交流高频参数的频域测量。,）混合电路测量部分,混合信号测量的基本仪器模块是DDS波形发生器和波形数字化仪。,19,11.2 数字集成电路测试技术,11.2.1 概述,1. 数字集成电路概述,数字集成电路是指那些基于布尔代数的公式及规则，能对二进制数进行布尔运算的集成电路。数字集成电路的输入和输出满足一定的逻辑关系，且能实现一定逻辑功能的集成电路，这些逻辑功能包括数字逻辑运算、存储、传输
10、及转换等。 数字集成电路由最基本的门电路组成，因此可以按每个芯片上集成的门电路个数或元器件个数表征该集成电路的集成度。,20,11.2.1 概述,2. 数字集成电路测试原理,数字集成电路测试基本方法是根据输入激励量和输出响应量来判断集成电路的故障情况。其原理如下图。输入激励是对电路所施加的一组输入信号值（测试集），是为了确定电路中有无故障。,数字集成电路测试基本原理,21,11.2.1 概述,3. 故障及故障模型,对数字集成电路来说，最主要是测试其功能、时序关系和逻辑关系等。如果仅是测试一个集成电路是否存在故障，则称之为故障检测（fault detection）。 不仅要检测集成电路中是否存在
11、故障，而且要指出故障位置，进行故障定位（fault location），则称之为故障诊断（fault diagnosis）。故障检测和故障诊断统称为测试。,数字集成电路的故障模型可以分为逻辑门层次的故障模型、晶体管层次的故障模型和功能模块层次的故障模型。,22,11.2.1 概述,4. 数字集成电路测试的基本方法,数字集成电路测试输出响应的检测有两种方法：,（1）比较法，将被测器件与一个已知的好器件（称为“金器件”）进行比较的办法，称比较法。这种方法一般适用于比较简单的标准中、小规模集成电路等。,（2）存储法，通过程序生成所需的测试集并存储于高速缓冲存储器（称图形发生器）。测试时，随测试主频率
12、逐条读出，将该测试集的测试向量施加于输入端，并以测试集的输出图形部分（称预期图形）为标准，逐拍与被测器件输出的响应进行比较。,输出响应方法,（a）被测器件与金器件比较； （b）被测器件与预期输出图形比较。,23,24,11.2.1 概述,5. 数字集成电路测试内容,典型数字集成电路测试项目及其顺序如图所示。,（1）接触测试（Contact Test）,接触测试又称开路/短路（O/S）测试，是指现将DUT的电源和地接地，然后在DUT的每一个管脚上都施加一电流，测量其相应电压，如果所测得电压值大于超出了特定的电压值（如输入箝位电压VCL等），则可认为管脚与测试仪的接触是断开的，即开路。如果所测得电
13、压值小于特定的电压值，则可认为管脚与地存在短路故障。,25,11.2.1 概述,（2）功能测试,功能测试用于验证器件是否能完成设计所预期的功能。功能测试包括静态测试和动态测试。静态功能测试通常按照真值表进行测试，动态功能测试是检测器件在高速工作时是否能完成预期功能的一种测试。,直流参数测试是在DUT管脚上进行静态下的电压和电流测试。这种测试不要求速度，独立于时间，器件通过了这些测试，就可基本保证其电气性能。,（3）直流参数测试,（4）交流参数测试,数字IC的交流参数主要是与时间有关的参数，包括建立时间、传输延迟及上升时间、下降时间等。,26,11.2.2 数字集成电路参数测试,1. 直流（DC
14、）参数测试,集成电路直流参数测试是通过在DUT引脚上进行电压或电流的测量来验证电气参数。常用的测试方法有施加电流测量结果电压（简称加流测压FIMV）和施加电压测量结果电流（简称加压测流FVMI）。,27,11.2.2 数字集成电路参数测试,（1）输出高/低电平（VOH/VOL）测试,VOH（VOL）是输入端在施加规定的电平下，使输出端为逻辑高电平H（低电平L）时的电压。,28,11.2.2 数字集成电路参数测试,（2）输入高/低电流（IIH/IIL）测试,IIH（IIL）是输入端在施加规范规定的高电平电压VIH（低电平电压VIL）时流入（流出）被测器件的电流。测试原理如图所示。,29,11.2
15、.2 数字集成电路参数测试,（3）电源电流ICCH/ICCL测试,这是测试输出高电平时，供电电源电流ICCH和输出低电平时供电电源电流ICCL，ICCH（ICCL）是输入端施加规定的电平，使输出端为逻辑高电平（低电平）时，经电源端流入被测器件的电流。,30,11.2.2 数字集成电路参数测试,2. 交流（AC）参数测试,集成电路交流参数测试是验证与时间相关的参数，对电路工作时的时间关系进行测量，测量输入信号后电路随时间的响应、电路内部逻辑状态的变化时间、输入和输出信号之间的时间关系、电路的极限工作频率等。,（1）输入脉冲上升/下降时间tr/tf的测量,时序逻辑器件中输出逻辑电平按规定临界转换前
16、，在触发输入端施加的输入脉冲上升/下降沿上两个规定参考电平间的最大时间间隔，定义为输入脉冲上升/下降时间tr/tf。输入脉冲上升/下降时间tr/tf测量原理如图11-9所示。输入脉冲上升/下降时间tr/tf的波形如图11-10所示。,11.2.2 数字集成电路参数测试,（2）建立时间tset的测量,时序逻辑器件输出逻辑电平按规定临界转换时，数据输入脉冲电压应比触发输入脉冲电压提前施加于被测器件的最小时间间隔，定义为建立时间tset。建立时间tset的测量原理如图11-11所示。,（3）保持时间tH的测量,时序逻辑器件输出逻辑电平按规定临界转换时，数据输入脉冲电压在触发输入脉冲电压过后应保持的最小时间间隔，定义为保持时间tH。,11.2.2 数字集成电路参数测试,（4）输出由低电平到高电平传输延时tPLH的测量,输入端在施加规定电平的脉冲时，输出脉冲由低电平到高电平的边沿和对应的输入脉冲边沿上两个规定的参考电平间的时间间隔，定义为输出由低电平到高电平传输延时tPLH。tPLH的波形如图11-12所示。,输出由高电平到低电平传输延时tPHL的测量,输入端在
